ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F23D14/14 

Изобретение относится к нагревательным устройствам с керамическими температурными излучателями, нагреваемыми сжигаемым эжектируемым газом в беспламенном режиме, и может быть использовано для обогрева бытовых, производственных зданий и различных промышленных целей.

Известна газовая горелка инфракрасного излучения, в которой наружная излучающая поверхность керамической панели выполнена в виде гребешков и канавок (ребристой), а сквозные каналы капиллярными (А.И. Богомолов и др. Газовые горелки инфракрасного излучения и их применение.-М.Стройиздат,1967, с. 58, рис.39). На входе в излучатель установлено сито из жаростойкой ворсистой ткани. Выполнение излучающей поверхности ребристой предотвратило отрыв пламени при больших расходах топлива, обеспечивая устойчивое горение и равномерный накал по всей поверхности. Капиллярное выполнение сквозных отверстий панели предотвращает проскакивание пламени при малых расходах топлива или при увеличении сопротивления на панели и обеспечивает микрофакельные очаги, т.е. стабилизирует процесс сгорания топливно-воздушной смеси.

Однако известное устройство используется для ограниченной номенклатуры нагреваемых объектов из-за вынужденного снижения температуры нагрева керамической панели потому, что излучение происходит в обе стороны в соответствии с температурой внутренней и внешней поверхностей. Для экранирования газо-воздушной смеси в распределительной камере внутренняя поверхность излучателя термоизолирована жаростойкой ворсистой тканью, что повышает гидравлическое сопротивление горелки, вызывает увеличение потребного давления газа и воздуха на входе, неоднозначно дестабилизирующего динамический процесс, который необходимо регулировать, а главное служит причиной неполноты сгорания топлива.

Последнее обстоятельство не позволяет использовать известную горелку в жилых помещениях из-за повышенного содержания в продуктах сгорания окиси углерода (CO).

Целью изобретения является повышение функциональной надежности работы горелки за счет повышения полноты сгорания топлива, упрощение конструкции и расширение области использования.

Достигается это тем, что в известной газовой горелке инфракрасного излучения, содержащей установленную в инжекционном диффузорном смесителе форсунку топлива и газораспределительную камеру с керамической панелью, излучающая поверхность которой выполнена ребристой и снабженной капиллярными сквозными отверстиями, согласно изобретению, толщина излучателя выбрана из соотношения:
,
где B толщина керамической панели;
S_и площадь излучателя;
S_o площадь капиллярных отверстий;
k (0,9.1,2), коэффициент, зависящий от динамического сопротивления горелки, удельного веса топлива, степени инжекции, скорости подачи горючего и давления в газораспределительной камере.

Отличительные признаки позволили посредством метода оптимизации эксперимента установить эмпирическую однозначную зависимость между параметрами излучающей панели, оптимальный выбор которых гарантируют стабильное бесфакельное горение топлива внутри капилляров при разогреве внутренней поверхности керамической панели до температуры ниже температуры воспламенения органических соединений. При этом обеспечивается равномерный накал по всей площади излучателя на повышенных температурах, снижено гидравлическое сопротивление горелки и давление топливно-воздушной смеси. В продуктах сгорания вдвое снижено содержание окиси углерода, угарного газа.

На фиг. 1 изображено отопительное устройство,общий вид; на фиг.2 - излучающая панель; на фиг.3 то же, повернуто I.

Приведенный ниже пример выполнения устройства носит чисто иллюстративный характер и не ограничивает объема прав совокупности признаков формулы изобретения.

В корпусе 1 последовательно смонтированы газовая форсунка 2 и аксиально установленный с инжекционным зазором диффузорный смеситель 3, примыкающий к распределительной камере 4, которая закрыта керамической панелью 5, составленной из десяти плиток в два ряда. Керамический материал панели 5 обеспечивает малый коэффициент термического расширения, низкий коэффициент теплопроводности, а также отсутствие канцерогенных выделений после обжига панелей при температуре 950^oC. В панели 5 выполнено 4220 шт. сквозных капиллярных (1,25 мм) отверстий 6, а на излучающей наружной поверхности выполнены ребра 7 высотой 2 мм. Капилляры 6 равномерно распределены по всей поверхности панели 5 в шахматном порядке.

Толщина (B) панели 5 выбрана из условий эмпирического соотношения геометрических параметров и составляет 13 мм:

где S_и (145 х 240) мм² излучающая площадь панели;
h 2 мм высота ребер;
мм²- суммарная площадь капилляров,
k 0,97.

Профиль диффузорного смесителя 3 обусловлен требованиями термо- и газодинамики и, являясь одним из факторов обеспечения заданного бесфакельного режима горения топлива внутри панели 5, составляет предмет "ноу-хау". Над панелью 5 закреплен металлический сетчатый вторичный излучатель 8, защищающий ее от механических повреждений.

Форсунка 2 посредством штуцера 9 подсоединена резиново-тканевым рукавом 10 через регулятор 11 давления РДСГИ-1,2 ГОСТ 21805 к газовому баллону 12 или к газопроводу низкого давления. Устройство оснащено запорным краном 13 и поворотной рукояткой 14.

Устройство развивает номинальную тепловую мощность 3 кВт.

Горелка работает на природном газе по ГОСТ 5542 с форсункой 2 диаметром 1,0 мм и сжиженном углеводородном газе по ГОСТ 20448 с форсункой 2 диаметром 1,55 мм от баллонов 12 газовых 1-5 по ГОСТ 15860. Газ из форсунки 2 подается со скоростью примерно 50 м/с при одинаковом весовом расходе, т.к. природный газ в 2,3 раза легче сжиженного углеводородного горючего, в смеситель 3, где смешивается с инжектируемым воздухом (избыток которого составляет 1,05. 1,15), достаточным для полного сгорания газа. Продукты сгорания (H₂O, CO₂, NO) соответствуют параметрам равновесного с воздухом сгорания углеводородного горючего: природного газа или сжиженной смеси пропан-бутан. Далее в распределительной камере 4 завершается перемешивание и газо-воздушная смесь тормозится. Давление подачи топлива превышает сопротивление газодинамического тракта и газо-воздушная смесь поступает сквозь капилляры 6 панели 5.

Горелка разжигается от любого источника огня в начальный момент пламя находится на поверхности металлической защитной сетки 8, а затем по мере разогрева сетки 8 пламя перемещается в зазор между последней и панелью 5. Через 3-4 мин керамическая панель 5 разогревается (рабочая температура поверхности 800-850^oС) и пламя за счет теплопроводности уходит внутрь капиллярных отверстий 6, где происходит полное сгорание топлива, без внешних факелов, причем угарный газ CO практически весь (не выше 0,01% от объема) окисляется избыточным кислородом воздуха с большим выделением тепла. Продукты сгорания, выходя из капилляров 6 панели 5, смешиваются с окружающим воздухом и нагревают его. При естественной вентиляции выгорание кислорода воздуха компенсируется притоком. Панель 5 при этом излучает тепловые потоки: инфракрасный (40% ) и и конвективный (60%), причем ее внутренняя поверхность не разогревается больше 300^oC, т.е. ниже температуры воспламенения органических соединений, что исключает проскок пламени в смеситель 3.

Защитная сетка 8, экранируя панель 5, способствует уменьшению влияния холодных потоков воздуха на процесс сгорания и, разогреваясь, служит вторичным излучателем тепла.

Время непрерывной работы горелки с 5-литровым баллоном 12 составляет 15 ч, время нагрева помещения объемом 60 м³ на 15^oС 20 мин. Ресурс керамической панели 5 составляет не менее 8000 ч.

Устройство соответствует требованиям техники безопасности по ГОСТ 12.2.003, правилам пожаробезопасной эксплуатации по ГОСТ 12.1.004 и взрывобезопасности по ГОСТ 12.1.010.

Предлагаемая газовая горелка предназначена для использования в сельскохозяйственных, промышленных, хорошо проветриваемых бытовых помещениях, а также на открытом воздухе, может быть использована для обогрева садовых домиков, гаражей, хозпостроек, складских помещений, теплиц, помещений для молодняка сельхозживотных, для сушки древесины, лакокрасочных покрытий, сельхозпродукции и т.п.

Экологическая чистота продукции сгорания и отсутствие в них канцерогенных и токсичных веществ, простота конструкции, отсутствие открытого пламени, пожаро- и взрывобезопасность обеспечивают удобство, надежность и безопасность в эксплуатации.

Опытный образец устройства с предлагаемой горелкой прошел испытания по программе сертификации.

Использование: для обогрева помещений, сушки материалов. Сущность изобретения: газовая горелка содержит связанную с емкостью газа струйную форсунку 2, над которой смонтирован с инжекционным зазором атмосферного воздуха диффузорный смеситель 3, распределительную камеру 4 с пористой керамической панелью 5, излучающая поверхность панели 5 оснащена ребрами и капиллярными отверстиями, над керамической панелью 5 смонтирована металлическая сетка 8 - вторичный излучатель, при этом толщина B панели 5 определяется из соотношения , где S_и - площадь излучающей панели, S_o - площадь капиллярных отверстий, h - высота ребер, k = 0,9...1,2. 3 ил.

Газовая горелка инфракрасного излучения, содержащая установленную в инжекционном диффузорном смесителе форсунку топлива и газораспределительную камеру с керамической панелью, излучающая поверхность которой выполнена ребристой и снабженной капиллярными сквозными отверстиями, отличающаяся тем, что толщина В излучающей панели выбрана из соотношения

где S_и площадь излучающей панели;
S_o площадь капиллярных отверстий;
h высота ребер;
k 0,9 1,2